万有理论：修订间差异
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'''萬有理論'''（{{lang|en|theory of everything}}）指的是假定存在的一種具有總括性、一致性的物理理論框架，能夠解釋與結合宇宙的所有物理奧秘。<ref name="Weinberg2011">{{cite book|author=Steven Weinberg|title=Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature|publisher=Knopf Doubleday Publishing Group|isbn=978-0-307-78786-6}}</ref>{{rp|6}}經過幾個世紀不懈的努力，物理學者已發展出兩種理論框架，假若將這它們總合在一起，可以說最貌似萬有理論。這兩種理論框架是[[廣義相對論]]與[[量子場論]]。廣義相對論專注於用[[引力]]來明白宇宙的大尺寸與高質量現象，例如，恆星、星系、星系團等等。量子場論專注於用非引力來明白宇宙的小尺寸與低質量現象，例如，亞原子粒子、原子、分子等等。量子場論成功地給出[[標準模型]]，按照[[大統一理論]]將[[弱力]]、[[強力]]與[[電磁力]]這三種非引力統合在一起。<ref name="Hawking2006">{{cite book|author=Stephen W. Hawking|title=The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe|date=28 February 2006|publisher=Phoenix Books; Special Anniv|isbn=978-1-59777-508-3}}</ref>{{rp|122}} |
'''萬有理論'''（{{lang|en|theory of everything}}）指的是假定存在的一種具有總括性、一致性的物理理論框架，能夠解釋與結合宇宙的所有物理奧秘。<ref name="Weinberg2011">{{cite book|author=Steven Weinberg|title=Dreams of a Final Theory: The Scientist's Search for the Ultimate Laws of Nature|publisher=Knopf Doubleday Publishing Group|isbn=978-0-307-78786-6}}</ref>{{rp|6}}經過幾個世紀不懈的努力，物理學者已發展出兩種理論框架，假若將這它們總合在一起，可以說最貌似萬有理論。這兩種理論框架是[[廣義相對論]]與[[量子場論]]。廣義相對論專注於用[[引力]]來明白宇宙的大尺寸與高質量現象，例如，恆星、星系、星系團等等。量子場論專注於用非引力來明白宇宙的小尺寸與低質量現象，例如，亞原子粒子、原子、分子等等。量子場論成功地給出[[標準模型]]，按照[[大統一理論]]將[[弱力]]、[[強力]]與[[電磁力]]這三種非引力統合在一起。<ref name="Hawking2006">{{cite book|author=Stephen W. Hawking|title=The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe|date=28 February 2006|publisher=Phoenix Books; Special Anniv|isbn=978-1-59777-508-3}}</ref>{{rp|122}} |
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經過多年的研究，這兩種理論分別在適用範圍內的所有預測幾乎都已被實驗肯定。根據這些實驗結果，物理學者 |
經過多年的研究，這兩種理論分別在適用範圍內的所有預測幾乎都已被實驗肯定。根據這些實驗結果，物理學者發現，廣義相對論與量子場論互不相容，除非將它們的當今表述加以修改，因為它們不可能都正確。由於這兩種理論的適用範圍迥然不同，對於大多數狀況，只需用到其中一種理論。<ref name="Carlip">{{cite journal | last =Carlip | first =Steven |
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| title =Quantum Gravity: a Progress Report | journal =Reports on Progress in Physics |
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| volume =64 | issue =8 | date =2001 | url =http://arxiv.org/abs/gr-qc/0108040 |
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| doi =10.1088/0034-4885/64/8/301}}</ref><ref name="Priest2010">{{cite book|author=Susanna Hornig Priest|title=Encyclopedia of Science and Technology Communication|date=14 July 2010|publisher=SAGE Publications|isbn=978-1-4522-6578-0}}</ref>{{rp|842-844}}這兩種理論的不相容之處在非常小尺寸與高質量範圍成為表觀論題，例如，在[[黑洞]]內部、在宇宙[[大爆炸]]開始後的立即片刻。為了解釋這衝突，透露更深層實在、將引力與其它三種作用力統合在一起的理論框架必需被找出，這樣才能和諧地使得廣義相對論與量子場論合併在一起，原則而言，成為能夠描述所有物理現象的單一理論。近期，在追逐這艱難目標的過程中，[[量子引力]]已成為積極研究領域。 |
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万有理论用来指那些试图统合自然界四种[[基本相互作用]]：[[引力相互作用]]、[[强相互作用]]、[[弱相互作用]]和[[电磁相互作用]]成一体的理论。是在电磁作用和弱相互作用連成一体的电弱作用理论之後，再加入強相互作用連成一体的[[大統一理論]]基础之後，又加上引力作用連成一体的理論，对统合自然界基本力的进一步努力。目前被认为最有可能成功的萬有理论是[[M理论]]和[[超弦理论]]。 |
万有理论用来指那些试图统合自然界四种[[基本相互作用]]：[[引力相互作用]]、[[强相互作用]]、[[弱相互作用]]和[[电磁相互作用]]成一体的理论。是在电磁作用和弱相互作用連成一体的电弱作用理论之後，再加入強相互作用連成一体的[[大統一理論]]基础之後，又加上引力作用連成一体的理論，对统合自然界基本力的进一步努力。目前被认为最有可能成功的萬有理论是[[M理论]]和[[超弦理论]]。 |
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==現代物理== |
==現代物理== |
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===常見 |
===常見理論系列=== |
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萬有理論試圖統合大自然的所有[[基本相互作用]]：引力、強作用力、弱作用力、電磁力。由於弱相互作用能夠將[[基本粒子]]從這一種變換成另一種，萬有理論應該也會對於各種可能粒子給出深奧的瞭解。以下給出通常假定的理論路徑，每一次的統合步驟會導致更上一層樓級。 |
萬有理論試圖統合大自然的所有[[基本相互作用]]：引力、強作用力、弱作用力、電磁力。由於弱相互作用能夠將[[基本粒子]]從這一種變換成另一種，萬有理論應該也會對於各種可能粒子給出深奧的瞭解。以下給出通常假定的理論路徑，每一次的統合步驟會導致更上一層樓級。 |
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電弱統合發生於大約100 GeV，大統一發生於大約10<sup>16</sup> GeV，與引力統合猜想應會發生於[[普朗克能量]]，大約10<sup>19</sup> GeV。 |
電弱統合發生於大約100 GeV，大統一發生於大約10<sup>16</sup> GeV，與引力統合猜想應會發生於[[普朗克能量]]，大約10<sup>19</sup> GeV。 |
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至今為止，已有幾種[[大統一理論]]被提議來統合電磁力與核力。大統一意味著電核力的存在，猜想應會發生於大約10<sup>16</sup> GeV，遠超過任何地球的[[粒子加速器]]所能達到的能量。雖然，最簡單的大統一理論已被實驗排除，它的整體概念，特別是當與[[超對稱]]連結在一起時，仍舊是理論物理學術界的喜好。超對稱大統一理論似乎很有道理，這不僅是因為它們在理論方面的美感，而且因為它們自然地製備出大量[[暗物質]]，還因為[[宇宙暴脹]]可能與大統一物理有關（雖然宇宙暴漲並不是大統一理論的必然結果）。但是，大統一理論明顯地不是終極答案；當今標準模型與所有提議的大統一理論都是量子場論，需要使用可能隱藏瑕疵的[[重整化]]方法來獲得有意義的答案。物理學者通常將這需求視為它們只是[[有效場論]]的標誌，它們遺漏了在非常高能量時才會出現的關鍵現象。 |
至今為止，已有幾種[[大統一理論]]被提議來統合電磁力與[[核力]]。大統一意味著[[大統一理論|電核力]]的存在，猜想應會發生於大約10<sup>16</sup> GeV，遠超過任何地球的[[粒子加速器]]所能達到的能量。雖然，最簡單的大統一理論已被實驗排除，它的整體概念，特別是當與[[超對稱]]連結在一起時，仍舊是理論物理學術界的喜好。超對稱大統一理論似乎很有道理，這不僅是因為它們在理論方面的美感，而且因為它們自然地製備出大量[[暗物質]]，還因為[[宇宙暴脹]]可能與大統一物理有關（雖然宇宙暴漲並不是大統一理論的必然結果）。但是，大統一理論明顯地不是終極答案；當今標準模型與所有提議的大統一理論都是量子場論，需要使用可能隱藏瑕疵的[[重整化]]方法來獲得有意義的答案。物理學者通常將這需求視為它們只是[[有效場論]]的標誌，它們遺漏了在非常高能量時才會出現的關鍵現象。<ref name="Carlip"/> |
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量子引力步驟涉及到解決量子力學與廣義相對論之間的分歧。至今為止，尚未出現任何可以廣被接受的量子引力理論，因此也尚未出現任何可以廣被接受的萬有理論。 |
量子引力步驟涉及到解決量子力學與廣義相對論之間的分歧。至今為止，尚未出現任何可以廣被接受的量子引力理論，因此也尚未出現任何可以廣被接受的萬有理論。 |
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除了解釋圖表裏的作用力以外，萬有理論也可能解釋現代[[宇宙學]]提出的兩種候選作用力：[[宇宙暴脹|暴脹力]]與[[暗能量]]。更加地，宇宙學實驗建議[[暗物質]]存在，而且是由標準模型以外的基本粒子組成。但是，這些作用力與粒子的存在尚未被實驗驗證。 |
除了解釋圖表裏的作用力以外，萬有理論也可能解釋現代[[宇宙學]]提出的兩種候選作用力：[[宇宙暴脹|暴脹力]]與[[暗能量]]。更加地，宇宙學實驗建議[[暗物質]]存在，而且是由標準模型以外的基本粒子組成。但是，這些作用力與粒子的存在尚未被實驗驗證。 |
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===弦理論與M理論=== |
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自從1990年代以來，很多物理學者主張，11維[[M理論]]就是萬有理論。五種不同的超弦理論描述它的不同極限。最大超對稱11維[[超引力]]描述它的另外極限。但是，對於這論點，並沒有在學術界得到廣泛共識。 |
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[[弦理論]]有一個很令人驚訝的性質，即它需要[[額外維]]來達成一致性。<ref name="Priest2010"/>{{rp|842-844}}在這方面，弦理論可以被視為建構在對於[[卡魯扎-克萊因理論]]的深刻瞭解之上。卡魯扎-克萊因理論將廣義相對論推廣至五維宇宙（其中有一維很微小，並且蜷作一團）；從四維觀點來看，就好像廣義相對論與[[詹姆斯·馬克士威|馬克士威]]的[[電動力學]]。這使得統合[[規範場論|規範]]與引力的相互作用的點子更具有信服力，也使得額外維的概念更具有信服力，但是並沒有回覆詳細實驗要求。弦理論還有一個重要性質，即它具有[[超對稱性]]，這性質與額外維是解決[[標準模型]]的{{link-en|等級差問題|hierarchy problem}}的兩個主要提議，等級差問題提出疑問，為什麼引力比其他種作用力更為微弱的很多？額外維解答設及到允許引力傳播至其它維度，而又限制其他種作用力於四維時空；使用明確的弦機制，這點子已被實現。<ref>{{cite journal |pmid=16196251 |year= 2005|title= The Beauty of Branes|journal= Scientific American|pages= 38|publisher= Scientific American|doi= 10.1038/scientificamerican1005-38|url= http://randall.physics.harvard.edu/RandallCV/ScientificAm10-05.pdf|accessdate= August 13, 2012 |last1=Holloway |first1=M |volume=293 |issue=4|bibcode = 2005SciAm.293d..38H }}</ref> |
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弦理論的研究因在各種理論與實驗方面獲得的成果而得到很多鼓勵。在實驗方面，標準模型的粒子內涵，經過補充了[[翹翹板機制|微中子質量]]的理論，恰巧能夠用[[特殊正交群|SO(10)]]的旋量來表現，這是[[根系#不可約根系的性質|E8]]的子群，慣常地會出現於弦理論，例如{{link-en|雜化弦理論|heterotic string theory}}<ref>{{cite journal|arxiv=0806.3905|doi=10.1140/epjc/s10052-008-0740-1|title=From strings to the MSSM|year=2008|last1=Nilles|first1=Hans Peter|last2=Ramos-Sánchez|first2=Saúl|last3=Ratz|first3=Michael|last4=Vaudrevange|first4=Patrick K. S.|journal=The European Physical Journal C|volume=59|issue=2|pages=249|bibcode = 2009EPJC...59..249N }}</ref>或（有時等價地）{{link-en|F-理論|F-theory}}。<ref>{{cite journal|doi=10.1088/1126-6708/2009/01/058|arxiv=0802.3391|title=GUTs and exceptional branes in F-theory — I|year=2009|last1=Beasley|first1=Chris|last2=Heckman|first2=Jonathan J|last3=Vafa|first3=Cumrun|journal=Journal of High Energy Physics|volume=2009|pages=058|bibcode = 2009JHEP...01..058B }}</ref><ref>Donagi, Ron and Wijnholt, Martijn (2008) [http://arxiv.org/abs/0802.2969v3 Model Building with F-Theory]</ref>弦理論可以解釋為甚麼費米子會有三世代，也可以解釋幾個夸克世代之間的[[卡比博-小林-益川矩陣|混合率]]。<ref>Heckman, Jonathan J. and Vafa, Cumrun (2008) [http://arxiv.org/abs/0811.2417v3 Flavor Hierarchy From F-theory]</ref>在理論方面，弦理論已開始處理量子引力的某些關鍵問題，例如，解決{{link-en|黑洞信息悖論|Black hole information paradox}}、數算正確的[[黑洞熱力學|黑洞熵]]。<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0370-2693(96)00345-0|arxiv=hep-th/9601029|title=Microscopic origin of the Bekenstein-Hawking entropy|year=1996|last1=Strominger|first1=Andrew|last2=Vafa|first2=Cumrun|journal=Physics Letters B|volume=379|pages=99|bibcode = 1996PhLB..379...99S }}</ref><ref>Horowitz, Gary (1996) [http://arxiv.org/abs/grqc/9604051 The Origin of Black Hole Entropy in String Theory]</ref> |
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1990年代後期，物理學者注意到，在這方面的努力有一個重大障礙，即有非常多可能的四維宇宙。額外維有很微小，並且蜷作一團的額外維可以被緊緻化的方式有很多種（有一個估計得到10<sup>500</sup> 種方式），每一種會對粒子或作用力給出不同的性質。這一系列模型知名為{{link-en|弦理論園景|string theory landscape}}。<ref name="Emam2011">{{cite book|author=Moataz H. Emam|title=Are We There Yet? The Search for a Theory of Everything||date=1 January 2011|publisher=Bentham Science Publishers|isbn=978-1-60805-214-1}}</ref>{{rp|ii}}<ref name="Impey2012">{{cite book|author=Chris Impey|title=How It Began: A Time-Traveler's Guide to the Universe|url=http://books.google.com/books?id=IjEz8Tq-EdIC|date=26 March 2012|publisher=W. W. Norton|isbn=978-0-393-08002-5}}</ref>{{rp|347}} |
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有些學者主張，這些理論可能方式都會被附諸實現於大量個宇宙，但是只有少數幾個宇宙能夠適合智慧生命，因此宇宙的基本常數其實應是[[人擇原理]]的後果，而不是從理論推導出的數值。這種論述引起很多學者的批評；他們認為，弦理論無法給出有用的（原創的、可証偽的、可檢證的）預測，應該被視為一種[[偽科學]]。<ref>{{cite book|last=Smolin|first=Lee|title=The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next|year=2006|publisher=Houghton Mifflin|isbn=978-0-618-55105-7}}</ref><ref name="Priest2010"/>{{rp|842-844}}但也有些學者對於這批評表示不同意。儘管如此，在理論物理學裏，弦理論仍舊是非常熱門的研究論題。<ref>{{cite journal|author=Duff, M. J.|arxiv=1112.0788|doi=10.1007/s10701-011-9618-4|title=String and M-Theory: Answering the Critics|year=2011|journal=Foundations of Physics|volume=43|pages=182|bibcode = 2013FoPh...43..182D }}</ref> |
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===圈量子引力論=== |
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{{Main|圈量子引力論}} |
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[[File:Spin network.svg|right|thumb|200px|在{{link-en|自旋網路|spin network}}裏，每一個「節點」代表一個空間顆粒，節點與節點之間的連節線段稱為「鏈接」，代表隔離空間顆粒的基本表面。伴隨著每個鏈接的數字是基本表面面積的量子數。此圖並沒有展示出空間顆粒的量子數。幾個節點與相互連結的鏈接共同形成迴圈。]] |
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圈量子引力將廣義相對論對於時空的概念引入量子場論，因此，它能夠精緻地用數學表述出量子時空，並且對於實際物理問題，例如，[[黑洞]][[熱力學]]、[[大爆炸]]的[[奇異點]]物理等等給出解答。<ref name=Rovelli2003>{{cite journal | last =Rovelli |
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| first =Carlo | title =Loop quantum gravity | journal =Physics World | date =Nov, 2003 |
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| url =http://igpg.gravity.psu.edu/people/Ashtekar/articles/rovelli03.pdf | accessdate =11-28-2014 }}</ref> |
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圈量子引力論預測，在[[普朗克尺度]]，空間呈顆粒結構。對於[[電磁場]]案例，代表電磁頻率的[[算符]]具有離散線譜，因此每個頻率的能量被[[量子化]]，其量子是[[光子]]。對於[[引力場]]案例，代表微觀空間區域體積的算符具有離散線譜，因此每個微觀空間區域的體積都被量子化，其量子是基本空間顆粒，稱為「節點」。在空間顆粒與空間顆粒之間的隔離表面也具有量子性質，會被量子化成為「鏈接」。這些節點與鏈接形成了{{link-en|自旋網路|spin network}}。在普朗克尺度，由於空間的顆粒結構性質，[[量子場論]]的[[紫外線]]無窮大能量被截止，因此擺脫了在量子場論裏時常會碰到的無窮大困擾。<ref name=Rovelli2003/> |
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按照圈量子引力論，時空是一系列隨著時間流異而改變的空間，每一個節點形成一條「邊線」，每個鏈接形成一個「界面」，這歷史可以用自旋網路來描述，稱為{{link-en|自旋泡沫|spin foam}}，是由很多界線與曲面所組成。自旋泡沫表現出時空的歷史。<ref name=Rovelli2003/> |
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有些學者聲稱，圈量子引力或許可以複製一些貌似標準模型的特性。至今為止，只有第一代費米子能夠被建模，{{link-en|李·斯莫林|Lee Smolin}}研究團隊用時空穗帶為砌塊組成[[先子]]來完成這模型。可是，它們並沒有給出[[拉格朗日量]]來描述這些粒子的相互作用，也尚未證明出這些粒子是費米子，更還未實現標準模型的規範群或相互作用。這模型詮釋電荷與色荷為拓撲量；電荷是單獨線帶所載有的扭曲的數量與手性，色荷是這種扭曲的變版。<ref>{{cite journal | title= Quantum gravity and the standard model | last= Bilson-Thompson | first=Sundance O. |coauthors= Markopoulou, Fotini; Smolin, Lee | doi= 10.1088/0264-9381/24/16/002 | year= 2007 | journal= Classical and Quantum Gravity | volume= 24 | issue= 16 | pages= 3975–3994| arxiv=hep-th/0603022 | bibcode=2007CQGra..24.3975B}}</ref>斯莫林的原創論文建議，更高代費米子可以被更複雜的穗帶，但他們並沒有給出明確建模方法。 |
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===近期發展=== |
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目前，尚未有任何包括標準模型與廣義相對論的候選萬有理論。例如，沒有候選理論能夠給出精密結構常數或電子質量。粒子物理學者期望，正在進行的實驗，例如，探索新粒子與暗物質，所得到的結果能夠對萬有理論給出更多點子。 |
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== 参考 == |
== 参考 == |
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2014年11月29日 (六) 04:50的版本
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萬有理論（theory of everything）指的是假定存在的一種具有總括性、一致性的物理理論框架，能夠解釋與結合宇宙的所有物理奧秘。[1]:6經過幾個世紀不懈的努力，物理學者已發展出兩種理論框架，假若將這它們總合在一起，可以說最貌似萬有理論。這兩種理論框架是廣義相對論與量子場論。廣義相對論專注於用引力來明白宇宙的大尺寸與高質量現象，例如，恆星、星系、星系團等等。量子場論專注於用非引力來明白宇宙的小尺寸與低質量現象，例如，亞原子粒子、原子、分子等等。量子場論成功地給出標準模型，按照大統一理論將弱力、強力與電磁力這三種非引力統合在一起。[2]:122
經過多年的研究，這兩種理論分別在適用範圍內的所有預測幾乎都已被實驗肯定。根據這些實驗結果，物理學者發現，廣義相對論與量子場論互不相容，除非將它們的當今表述加以修改，因為它們不可能都正確。由於這兩種理論的適用範圍迥然不同，對於大多數狀況，只需用到其中一種理論。[3][4]:842-844這兩種理論的不相容之處在非常小尺寸與高質量範圍成為表觀論題，例如，在黑洞內部、在宇宙大爆炸開始後的立即片刻。為了解釋這衝突，透露更深層實在、將引力與其它三種作用力統合在一起的理論框架必需被找出，這樣才能和諧地使得廣義相對論與量子場論合併在一起，原則而言，成為能夠描述所有物理現象的單一理論。近期，在追逐這艱難目標的過程中，量子引力已成為積極研究領域。
万有理论用来指那些试图统合自然界四种基本相互作用：引力相互作用、强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用成一体的理论。是在电磁作用和弱相互作用連成一体的电弱作用理论之後，再加入強相互作用連成一体的大統一理論基础之後，又加上引力作用連成一体的理論，对统合自然界基本力的进一步努力。目前被认为最有可能成功的萬有理论是M理论和超弦理论。
現代物理
常見理論系列
萬有理論試圖統合大自然的所有基本相互作用：引力、強作用力、弱作用力、電磁力。由於弱相互作用能夠將基本粒子從這一種變換成另一種，萬有理論應該也會對於各種可能粒子給出深奧的瞭解。以下給出通常假定的理論路徑，每一次的統合步驟會導致更上一層樓級。
| 萬有理論 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 量子引力 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 引力 | 電核力（大統一理論） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 宇宙學標準模型 | 粒子物理學標準模型 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 強相互作用 SU(3) | 電弱相互作用 SU(2) x U(1)Y | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 弱相互作用 | 電磁學 U(1)EM | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電學 | 磁學 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電弱統合發生於大約100 GeV，大統一發生於大約1016 GeV，與引力統合猜想應會發生於普朗克能量，大約1019 GeV。
至今為止，已有幾種大統一理論被提議來統合電磁力與核力。大統一意味著電核力的存在，猜想應會發生於大約1016 GeV，遠超過任何地球的粒子加速器所能達到的能量。雖然，最簡單的大統一理論已被實驗排除，它的整體概念，特別是當與超對稱連結在一起時，仍舊是理論物理學術界的喜好。超對稱大統一理論似乎很有道理，這不僅是因為它們在理論方面的美感，而且因為它們自然地製備出大量暗物質，還因為宇宙暴脹可能與大統一物理有關（雖然宇宙暴漲並不是大統一理論的必然結果）。但是，大統一理論明顯地不是終極答案；當今標準模型與所有提議的大統一理論都是量子場論，需要使用可能隱藏瑕疵的重整化方法來獲得有意義的答案。物理學者通常將這需求視為它們只是有效場論的標誌，它們遺漏了在非常高能量時才會出現的關鍵現象。[3]
量子引力步驟涉及到解決量子力學與廣義相對論之間的分歧。至今為止，尚未出現任何可以廣被接受的量子引力理論，因此也尚未出現任何可以廣被接受的萬有理論。
除了解釋圖表裏的作用力以外，萬有理論也可能解釋現代宇宙學提出的兩種候選作用力：暴脹力與暗能量。更加地，宇宙學實驗建議暗物質存在，而且是由標準模型以外的基本粒子組成。但是，這些作用力與粒子的存在尚未被實驗驗證。
弦理論與M理論
自從1990年代以來，很多物理學者主張，11維M理論就是萬有理論。五種不同的超弦理論描述它的不同極限。最大超對稱11維超引力描述它的另外極限。但是，對於這論點，並沒有在學術界得到廣泛共識。
弦理論有一個很令人驚訝的性質，即它需要額外維來達成一致性。[4]:842-844在這方面，弦理論可以被視為建構在對於卡魯扎-克萊因理論的深刻瞭解之上。卡魯扎-克萊因理論將廣義相對論推廣至五維宇宙（其中有一維很微小，並且蜷作一團）；從四維觀點來看，就好像廣義相對論與馬克士威的電動力學。這使得統合規範與引力的相互作用的點子更具有信服力，也使得額外維的概念更具有信服力，但是並沒有回覆詳細實驗要求。弦理論還有一個重要性質，即它具有超對稱性，這性質與額外維是解決標準模型的等級差問題的兩個主要提議，等級差問題提出疑問，為什麼引力比其他種作用力更為微弱的很多？額外維解答設及到允許引力傳播至其它維度，而又限制其他種作用力於四維時空；使用明確的弦機制，這點子已被實現。[5]
弦理論的研究因在各種理論與實驗方面獲得的成果而得到很多鼓勵。在實驗方面，標準模型的粒子內涵，經過補充了微中子質量的理論，恰巧能夠用SO(10)的旋量來表現，這是E8的子群，慣常地會出現於弦理論，例如雜化弦理論[6]或（有時等價地）F-理論。[7][8]弦理論可以解釋為甚麼費米子會有三世代，也可以解釋幾個夸克世代之間的混合率。[9]在理論方面，弦理論已開始處理量子引力的某些關鍵問題，例如，解決黑洞信息悖論、數算正確的黑洞熵。[10][11]
1990年代後期，物理學者注意到，在這方面的努力有一個重大障礙，即有非常多可能的四維宇宙。額外維有很微小，並且蜷作一團的額外維可以被緊緻化的方式有很多種（有一個估計得到10500 種方式），每一種會對粒子或作用力給出不同的性質。這一系列模型知名為弦理論園景。[12]:ii[13]:347
有些學者主張，這些理論可能方式都會被附諸實現於大量個宇宙，但是只有少數幾個宇宙能夠適合智慧生命，因此宇宙的基本常數其實應是人擇原理的後果，而不是從理論推導出的數值。這種論述引起很多學者的批評；他們認為，弦理論無法給出有用的（原創的、可証偽的、可檢證的）預測，應該被視為一種偽科學。[14][4]:842-844但也有些學者對於這批評表示不同意。儘管如此，在理論物理學裏，弦理論仍舊是非常熱門的研究論題。[15]
圈量子引力論
圈量子引力將廣義相對論對於時空的概念引入量子場論，因此，它能夠精緻地用數學表述出量子時空，並且對於實際物理問題，例如，黑洞熱力學、大爆炸的奇異點物理等等給出解答。[16]
圈量子引力論預測，在普朗克尺度，空間呈顆粒結構。對於電磁場案例，代表電磁頻率的算符具有離散線譜，因此每個頻率的能量被量子化，其量子是光子。對於引力場案例，代表微觀空間區域體積的算符具有離散線譜，因此每個微觀空間區域的體積都被量子化，其量子是基本空間顆粒，稱為「節點」。在空間顆粒與空間顆粒之間的隔離表面也具有量子性質，會被量子化成為「鏈接」。這些節點與鏈接形成了自旋網路。在普朗克尺度，由於空間的顆粒結構性質，量子場論的紫外線無窮大能量被截止，因此擺脫了在量子場論裏時常會碰到的無窮大困擾。[16]
按照圈量子引力論，時空是一系列隨著時間流異而改變的空間，每一個節點形成一條「邊線」，每個鏈接形成一個「界面」，這歷史可以用自旋網路來描述，稱為自旋泡沫，是由很多界線與曲面所組成。自旋泡沫表現出時空的歷史。[16]
有些學者聲稱，圈量子引力或許可以複製一些貌似標準模型的特性。至今為止，只有第一代費米子能夠被建模，李·斯莫林研究團隊用時空穗帶為砌塊組成先子來完成這模型。可是，它們並沒有給出拉格朗日量來描述這些粒子的相互作用，也尚未證明出這些粒子是費米子，更還未實現標準模型的規範群或相互作用。這模型詮釋電荷與色荷為拓撲量；電荷是單獨線帶所載有的扭曲的數量與手性，色荷是這種扭曲的變版。[17]斯莫林的原創論文建議，更高代費米子可以被更複雜的穗帶，但他們並沒有給出明確建模方法。
近期發展
目前，尚未有任何包括標準模型與廣義相對論的候選萬有理論。例如，沒有候選理論能夠給出精密結構常數或電子質量。粒子物理學者期望，正在進行的實驗，例如，探索新粒子與暗物質，所得到的結果能夠對萬有理論給出更多點子。
参考
外部链结
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